Чтение онлайн

Как и Тесла, Жигети увлекался бильярдом, но он также интересовался изучением электричества и вдохновил Теслу продолжать работу над двигателем. Благодаря Жигети у Теслы возникло

Чтобы помочь Тесле восстановить силы, Жигети убедил его каждый вечер гулять с ним в V'arosliget (городском парке), и во время этих прогулок они обсуждали идеи усовершенствованного двигателя Теслы. В своей автобиографии 1919 года Тесла заявил, что решение его задачи с двигателем пришло к нему во время одной из этих прогулок как момент эврики:

Через образы Гете садящегося солнца, стремительного движения вперед и невидимых крыльев, поднимающих в воздух ум, но не тело, к Тесле пришла идея использовать в своем двигателе вращающееся магнитное поле.

Невзирая на всю драматичность этой истории с закатами и Гете, к ней следует относиться осторожно. Да, эту историю об изобретении электродвигателя переменного тока Тесла рассказал в своей автобиографии 1919 года, но во время торжественного получения патента в 1903 году Тесла ничего не говорил о моменте эврики в парке с Жигети. С юридической точки зрения было бы полезно зафиксировать момент изобретения в 1882 году, так как это подкрепит заявления о первенстве Теслы в изобретении двигателя переменного тока {121} . Однако в речи Теслы на церемонии вручения патента говорилось, что ему потребовалось время на разработку своих идей. Кроме того, учитывая предполагаемый уровень знаний Теслы в 1882 году, маловероятно, что он понял в Будапеште все, что включил в свое выступление в Американском институте инженеров-электриков в 1888 году.

Тем не менее понятно, что в Будапеште у него был главный прорыв. Основанный на знаниях, полученных до Будапешта, и экспериментах, которые он проводил впоследствии в 1883 и 1887 годах (см. главы III и IV), его прорыв состоял из трех взаимосвязанных выводов. Во-первых, Тесла понял, что можно заставить ротор в двигателе вращаться не за счет подачи тока, а с помощью индуцируемых вихревых токов. Во-вторых, он понял, что индуцировать вихревые токи в роторе можно? создав вращающееся магнитное поле в обмотках статора. И в-третьих, у Теслы возникла догадка, что вращающееся магнитное поле могло быть каким-то образом создано с использованием переменного тока.

Рассматривая озарения, которые посетили Теслу во время прогулки в парке, полезно поговорить об устройстве, часто описываемом в трактатах по электричеству XIX века – колесе Араго. Позвольте подчеркнуть, что нет никаких доказательств, что Тесла знал о колесе Араго и использовал его, размышляя о двигателях, но это устройство может помочь нам лучше понять успехи Теслы в Будапеште {122} .

В 1824 году французский ученый Франсуа Араго [20] заметил любопытное поведение стрелки компаса, поднесенного к вращающемуся медному диску. Если медный диск вращался достаточно быстро, стрелка компаса не только прекращала указывать на север, но и тоже начинала вращаться. Вскоре после того, как Араго сообщил о своем открытии, Чарлз Бэббидж [21] и Чарлз Гершель [22] в Англии продемонстрировали обратное явление: если под поворотным медным диском вращали подковообразный магнит, диск также начинал вращаться. Естествоиспытатели были озадачены колесом Араго и задались вопросом о связи между магнетизмом и движением.

И вновь, как и с загадкой эксперимента Эрстеда, Фарадей объяснил загадку колеса Араго – его движение было вызвано электромагнитной индукцией. Фарадей экспериментально продемонстрировал, что во время вращения магнита под медным диском движение магнитного поля вызвало в диске завихрения тока. Назвав их вихревыми токами, Фарадей указал, что эти токи производили электрическое поле, противоположное магнитному полю, и в результате их отталкивания медный диск вращался {123} .

Первым осознанием, которое пришло к Тесле в парке в Будапеште, было то, что не обязательно подавать ток на ротор в двигателе. Так же как вихревые токи заставили вращаться медный диск Араго, благодаря своей технике воображения Тесла понял, что магнитное поле статора в его двигателе могло вызвать вихревые токи в роторе и заставить его вращаться. Используя образы Гете, Тесла решил, что индуцированные токи будут невидимыми крыльями, способными поднять ротор и заставить его вращаться.

Поскольку ток индуцировался в роторе, потребность в использовании коммутатора для подачи тока на ротор отпадала. Следовательно, он действительно мог исключить коммутатор и решить проблему искрения. Не подавать ток в ротор было существенным отклонением от обычной практики, ведь большинство инженеров-электриков в начале 1880-х годов полагали, что в роторе и в статоре должны обязательно быть электромагниты, чтобы заставить двигатель вырабатывать существенную механическую силу, или крутящий момент {124} .

Как только Тесла понял, что индукционный ток заставит ротор поворачиваться, он быстро пришел ко второму и самому важному осознанию: чтобы произвести ток в роторе, необходимо вращающееся магнитное поле. Так же как и в случае с вращением подковообразного магнита под медным диском Бэббиджа и Гершеля, Тесла понял, что ключ к его двигателю состоит в создании вращающегося магнитного поля в обмотках статора. Поскольку магнитное поле вращалось вокруг медного дискового ротора, оно вызывало вращение диска.

Важно отметить, что Тесла пришел к этому второму осознанию вопреки общепринятой практике. До этого времени большинство экспертов в области электричества проектировали двигатели постоянного тока, в которых магнитное поле статора было постоянным, а магнитные полюса в роторе изменялись посредством коммутатора. Тесла же решил сделать противоположное: вместо того чтобы изменить магнитные полюса в роторе, он подумал, почему бы не изменить магнитные полюса в статоре? Тесла увидел, что вращение магнитного поля в статоре вызовет противодействующее магнитное поле в роторе и таким образом заставит ротор поворачиваться. Как мы увидим далее, это желание полностью пересмотреть общепринятую практику – быть «белой вороной» – было одним из отличительных признаков стиля Теслы как изобретателя.

Однако, в отличие от Бэббиджа и Гершеля, Тесла не хотел создавать вращающееся магнитное поле путем механического вращения магнита под ротором: эффективный двигатель должен преобразовать электричество в движение, не движение в движение. Как в таком случае Тесла мог использовать электрический ток для создания вращающегося магнитного поля?

Это приводит нас к третьему озарению Теслы. Благодаря потрясающей способности к умственному конструированию у Теслы возникла догадка, что один или несколько переменных токов можно каким-то образом использовать для создания вращающегося магнитного поля. В таком случае его видение совпадало со взглядами английского физика Уолтера Бэйли, который в 1879 году рассказал, как он использовал два электрических тока, чтобы заставить колесо Араго вращаться. Вместо подковообразного магнита Бэйли поместил четыре электромагнита под своим медным диском. Бэйли связал катушки последовательно, соединив противоположные катушки по диагонали. Затем он присоединил каждую пару электромагнитов к вращающемуся выключателю, который управлял током, что подавался к парам электромагнитов от двух разных батарей. Поскольку Бэйли вращал свой выключатель, электромагниты возбуждались последовательно, меняя свою полярность и заставляя вращаться магнитное поле под медным диском. Как ученому, Бэйли было достаточно знать, что электрические токи могли использоваться, чтобы крутить колесо Араго, и он рассматривал свой двигатель как научную игрушку {125} .

И снова нет никаких доказательств, что Тесла знал о двигателе Бэйли, когда он был в Будапеште в 1882 году. Скорее, двигатель Бэйли помогает нам визуализировать важное осознание, к которому Тесла пришел через свою способность к умственному конструированию: должен быть способ использовать один или несколько переменных токов для создания вращающегося магнитного поля. Возможно, он пришел к этой догадке об использовании переменных токов в то время, как размышлял над образами Гете о закате солнца и стремительном движении вперед. Впечатляет, что Тесла пришел к этому пониманию в возрасте двадцати шести лет, используя лишь силу своего воображения и независимо от других устройств, таких, как колесо Араго и двигатель Бэйли.